Предварительный подогрев сварных соединений труб

Предварительный подогрев сварных соединений труб

ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДОГРЕВ МОНТАЖНЫХ СТЫКОВ ТРУБ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

I. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

I. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Типовая технологическая карта (далее ТТК) — комплексный нормативный документ, устанавливающий по определённо заданной технологии организацию рабочих процессов по строительству сооружения с применением наиболее современных средств механизации, прогрессивных конструкций и способов выполнения работ. Они рассчитаны на некоторые средние условия производства работ. ТТК предназначена для использования при разработке Проектов производства работ (ППР), другой организационно-технологической документации, а также с целью ознакомления (обучения) рабочих и инженерно-технических работников с правилами производства работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб в трассовых условиях при строительстве магистральных трубопроводов.

1.2. В настоящей карте приведены указания по организации и технологии производства работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб, рациональными средствами механизации, приведены данные по контролю качества и приемке работ, требования промышленной безопасности и охраны труда при производстве работ.

1.3. Нормативной базой для разработки технологических карт являются:

— строительные нормы и правила (СНиП, СН, СП);

— заводские инструкции и технические условия (ТУ);

— нормы и расценки на строительно-монтажные работы (ГЭСН-2001 ЕНиР);

— производственные нормы расхода материалов (НПРМ);

— местные прогрессивные нормы и расценки, нормы затрат труда, нормы расхода материально-технических ресурсов.

1.4. Цель создания ТК — описание решений по организации и технологии производства работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб с целью обеспечения их высокого качества, а также:

— снижение себестоимости работ;

— сокращение продолжительности строительства;

— обеспечение безопасности выполняемых работ;

— организации ритмичной работы;

— рациональное использование трудовых ресурсов и машин;

— унификации технологических решений.

1.5. На базе ТТК в составе ППР (как обязательные составляющие Проекта производства работ) разрабатываются Рабочие технологические карты (РТК) на выполнение отдельных видов работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб. Рабочие технологические карты разрабатываются на основе типовых карт для конкретных условий данной строительной организации с учетом её проектных материалов, природных условий, имеющегося парка машин и строительных материалов, привязанных к местным условиям. Рабочие технологические карты регламентируют средства технологического обеспечения и правила выполнения технологических процессов при производстве работ.

Конструктивные особенности по предварительному подогреву монтажных стыков труб решаются в каждом конкретном случае Рабочим проектом. Состав и степень детализации материалов, разрабатываемых в РТК, устанавливаются соответствующей подрядной строительной организацией, исходя из специфики и объема выполняемых работ. Рабочие технологические карты рассматриваются и утверждаются в составе ППР руководителем Генеральной подрядной строительной организации, по согласованию с организацией Заказчика, Технического надзора Заказчика.

1.6. Технологическая карта предназначена для производителей работ, мастеров и бригадиров выполняющих работы по предварительному подогреву монтажных стыков труб, а также работников технического надзора Заказчика и рассчитана на конкретные условия производства работ в III-й температурной зоне.

II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Технологическая карта разработана на комплекс работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб.

2.2. Работы по предварительному подогреву монтажных стыков труб выполняются в одну смену, продолжительность рабочего времени в течение смены составляет:

где 0,06 — коэффициент снижения работоспособности за счет увеличения продолжительности рабочей смены с 8 часов до 10 часов.

2.3. В состав работ, последовательно выполняемых при предварительном подогреве монтажных стыков труб входят:

— установка кольцевых газовых горелок на концы секций труб;

— регулировка давления газа;

— предварительный подогрев кромок труб;

— снятие кольцевых газовых горелок с концов труб.

2.4. Технологической картой предусмотрено выполнение работ комплексным механизированным звеном в составе: бульдозер Б170М1.03ВР (на базе Т-170, емкость отвала 4,28 м ); кран-трубоукладчик ТГ-301К (максимальная грузоподъемность 31,0 т на плече 2,5 м) и оборудование для подогрева стыков труб ПС-1424 в качестве ведущего механизма.

Рис.1. Бульдозер Б170М1.03ВР

Рис.2. Горелка воздушная многопламенная

Рис.3. Кран-трубоукладчик ТГ-301К

2.6. Работы по предварительному подогреву монтажных стыков труб следует выполнять, руководствуясь требованиями следующих нормативных документов:

— СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования;

— СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство;

— ВСН 012-88. Контроль качества производства работ. Части I и Часть II;

— РД 11-02-2006. Требования к составу и порядку ведения исполнительной документации при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства и требования, предъявляемые к актам освидетельствования работ, конструкций, участков сетей инженерно-технического обеспечения;

— РД 11-05-2007. Порядок ведения общего и (или) специального журнала учета выполнения работ при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства.

III. ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

3.1. В соответствии с СП 48.13330.2001 «Организация строительства» до начала выполнения строительно-монтажных работ на объекте Подрядчик обязан в установленном порядке получить у Заказчика проектную документацию и разрешение на выполнение строительно-монтажных работ. Выполнение работ без разрешения запрещается.

3.2. До начала производства работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб необходимо провести комплекс организационно-технических мероприятий, в том числе:

— назначить лиц, ответственных за качественное и безопасное выполнение работ, а также их контроль и качество выполнения;

— провести инструктаж членов бригады по технике безопасности;

— разместить в зоне производства работ необходимые машины, механизмы и инвентарь;

— устроить временные проезды и подъезды к месту производства работ;

— обеспечить связь для оперативно-диспетчерского управления производством работ;

— получить наряд-допуск на право производства работ в охранной зоне;

— установить временные инвентарные бытовые помещения для хранения строительных материалов, инструмента, инвентаря, обогрева рабочих, приёма пищи, сушки и хранения рабочей одежды, санузлов и т.п.;

— обеспечить рабочих инструментами и средствами индивидуальной защиты;

— подготовить места для складирования материалов, инвентаря и другого необходимого оборудования;

— обеспечить строительную площадку противопожарным инвентарем и средствами сигнализации;

— составить акта готовности объекта к производству работ;

— получить разрешение на право производства работ у технадзора Заказчика.

3.3. До начала работ по предварительному подогреву монтажных стыков труб должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

— трубы (секции труб) должны быть разложены на монтажные опоры;

— очищены внутренние полости труб от попавших внутрь грунта, грязи, снега и других посторонних предметов;

— произведена правка вмятин и обрезка дефектных торцов труб (забитых фасок);

— зачищены кромки труб и прилегающие к ним внутреннюю и наружную поверхности;

— секция труб натащена трубоукладчиком на штангу внутреннего центратора.

3.3.1. Для монтажа труб или секций труб в нитку используются монтажные опоры. Они могут быть деревянными (см. рис.4) с мягкими подкладками (резина или нетканый материал) или земляными (см. рис.5). Земляные монтажные опоры выполняются по согласованию с Заказчиком в сочетании со страховочными опорами, которые воспринимает нагрузку от труб и предотвращает их смещение в случае деформации грунтовых опор.

Рис.4. Схемы инвентарных монтажных опор

Рис.5. Схема земляной монтажных опор

3.3.2. Земляные опоры выполняются бульдозером из местного глинистого и суглинистого грунта. В зимних условиях опоры (лежки) выполняются из привозного грунта. Смерзшие комья грунта необходимо размельчить до размеров не более 50 мм.

Во избежание повреждения изолированной поверхности труб (секций), при укладке на земляную опору под трубу выстилают мягкие подкладки.

3.3.3. Инвентарные страховочные опоры устанавливаются рядом с монтажными опорами во всех случаях производства работ при сварке, ремонте сварных соединений и при изоляции стыков. Страховочная инвентарная опора также выстилается мягкой подкладкой.

По окончании работ инвентарные опоры могут быть сняты и перемещены по ходу работ под двумя ближайшими к месту сварки опорами сваренной плети.

Рис.6. Схема раскладки труб и секций труб вдоль траншеи на монтажные опоры

3.3.4. Участки усиления заводских швов, прилегающие к сварному торцу, должны быть удалены заподлицо с поверхностью (+0,5 мм) трубы на расстоянии от торца не менее 10 мм. Не допускать перезаглубления режущего инструмента («зарезов» в теле трубы).

Концы труб с забоинами и задирами на кромках труб глубиной более 5 мм следует обрезать. Участки и торцы труб с вмятиной глубиной более 3,5% диаметра трубы или имеющие надрывы необходимо вырезать.

После резки необходимо тщательно удалить с кромки реза грат и окалину, а поверхность реза необходимо зачистить шлифовальной машинкой или подвергнуть механической обработке.

После газовой резки в монтажных полевых условиях разделка кромок труб должна соответствовать рис.7. независимо от толщины стенки трубы. Размер зависит от толщины стенки трубы (мм).

Рис.7. Подготовка торцов труб к сварке

3.3.5. Допускается правка плавных вмятин на торцах труб глубиной до 3,5% диаметра труб и деформированных концов труб безударными разжимными устройствами. При этом необходим подогрев труб до 100-150 °С при любых температурах окружающего воздуха, а правку концов труб после резки при отрицательных температурах окружающего воздуха можно выполнять только после подогрева до 150-200 °С.

3.3.6. Кромки труб и прилегающие к ним поверхности (внутренние и наружные) необходимо зачистить шлифовальной машинкой до металлического блеска на ширину не менее 10 мм.

Зона сварного стыка и заводское покрытие на расстоянии не менее 200 мм от кромки шва с каждой стороны перед подогревом должна быть высушена и очищена от грязи, ржавчины, неплотного сцепления окалины с металлом, пыли, земли и наледи, а также обезжирена от копоти и масла. В случае обнаружения таких дефектов как заусенцы, острые выступы, кромки грата, следы сварки, грубые необработанные швы их необходимо устранить при помощи шлифовальной машинки или напильника. В случае наличия жира на поверхности стыка убрать его с помощью ветоши смоченной в уайт-спирите или бензине (БР-1, Б-70, Нефрас). Использование этилированного бензина не допускается.

3.3.7. Выполненные работы предъявляют технадзору Заказчика для осмотра и подписания Актов освидетельствования скрытых работ по подготовке поверхности стыка к сварке, в соответствии с Приложением 3, РД 11-02-2006 и разрешения последующих работ по сварке стыка.

3.3.8. Подготовленную к центровке и сборке трубу перемещают к нитке трубопровода трубоукладчиком и пристыковывают с зазором, численное значение которого при сварке электродами с основным видом покрытия диаметром 3,0-3,2 мм составляет 3,0-3,5 мм.

Сборка стыков труб производится на внутреннем центраторе типа ЦВ-141. При этом непосредственная сборка труб без специальной подготовки разрешается, если разница толщин стыкуемых труб не превышает 3,0 мм.

Центратор выдвигают из полости трубопровода и устанавливают так, чтобы жимки первого ряда после полного разжатия были скрыты за ее кромкой, при этом одновременно производится внутренняя очистка полости трубы от грязи, снега и другого мусора.

Рис.8. Надевание секции труб на внутренний центратор

3.3.9. Завершение подготовительных работ фиксируют в Общем журнале работ (Рекомендуемая форма приведена в РД 11-05-2007).

3.4. Предварительный подогрев свариваемых кромок является одной из наиболее ответственных технологических операций при сварке стыков магистральных трубопроводов. Предварительный подогрев применяется для регулирования термического цикла при сварке за счет изменения начальной температуры стыка, вследствие чего уменьшается скорость охлаждения металла. Особенно чувствительны к действию термического цикла, к надрезам и ударным нагрузкам низколегированные стали с эквивалентом углерода 0,45% и выше.

При ручной дуговой сварке в зоне термического влияния этих сталей повышается вероятность трещинообразования и увеличения хрупкости, поскольку погонная энергия очень мала и, следовательно, велика скорость охлаждения. В ещё большей степени это проявляется при сварке корня шва электродами с целлюлозным видом покрытия, когда скорость охлаждения максимальна по сравнению со сваркой других слоев шва, уменьшена погонная энергия сварки (скорость сварки электродами с целлюлозным видом покрытия вдвое превышает скорость сварки электродами с основным видом покрытия) и увеличена склонность к образованию холодных трещин за счет повышения содержания водорода в металле шва.

Предварительный подогрев кромок труб требуется для предотвращения образования трещин в сварных стыках труб из высокопрочного металла со стенкой повышенной толщины.

3.5. Предварительный подогрев осуществляются наружными или внутренними кольцевыми газовоздушными горелками. При подогреве должна быть обеспечена равномерность нагрева торцов труб по периметру и прилегающих к ним участков поверхности трубы на ширине 10-15 мм от торца. Предварительный подогрев производят перед выполнением прихваток либо перед ручной дуговой сваркой корневого слоя шва. Контроль температуры предварительного подогрева выполняют перед началом сварки на расстоянии до 15 мм от торца труб не менее, чем в трех точках по периметру трубы.

Режимы предварительного подогрева при сварке корневого слоя шва приведены в таблице 1 и таблице 2.

Условия предварительного подогрева при сварке корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием

Что такое предварительный подогрев

2. Сварка захлестов

5.2.1.
Место для захлеста при опережающем
строительстве переходов и горизонтальных
углов поворота (см. раздел 2.1) следует
выбирать на прямолинейных участках.

5.2.2.
Приямки следует отрывать по ходу
разработки траншей с точной привязкой
к месту захлеста.

Размеры
приямка должны быть не менее показанных
на рис. 5.2.1.

Рис.
5.2.1. Расположение приямка при сварке
захлеста:

1
— стык захлеста; 2 — приямок в траншее; 3
— трубопровод

Разрыв
по засыпке трубопровода должен обеспечить
свободный монтаж захлеста. При этом в
траншее необходимо оставлять незасыпанным
один из примыкающих участков трубопровода
на расстоянии 60-80 м от планируемого
места захлесточного стыка.

5.2.3.
Практика предварительного планирования
захлестов в местах необходимых
технологических разрывов (см. раздел
2.1) должна обеспечить выполнение захлестов
без отставаний от линейного потока.

5.2.4.
Преимущественным видом монтажа
технологического захлеста является
вариант, когда оба конца трубопровода
свободны (не засыпаны землей) и находятся
в траншее (или на ее «бровке»).

В
зависимости от конкретных условий
строительства может быть применен также
вариант, когда один конец трубопровода
защемлен (засыпан или соединен, например,
с крановым узлом), а другой имеет свободное
перемещение.

5.2.5.
В тех случаях, когда обеспечивается
полное или одностороннее свободное
перемещение трубопровода, замыкание
трубопровода следует осуществлять
сваркой одного кольцевого стыка-захлеста
(рис. 5.2.2, схема а).

Рис.
5.2.2. Две схемы сварки захлестов:

а
— сварка захлеста без нагрузки;

б
— сварка захлеста с нагрузкой

В
том случае, если оба конца защемлены
(рис. 5.2.2, схема б), возникает необходимость
вварки катушки с выполнением двух
кольцевых стыков.

5.2.6.
Сборка разнотолщинных элементов при
монтаже захлестов не допускается.

5.2.7.
При монтаже захлестов запрещается:

—
натягивать стыкуемые трубы;

—
изгибать их силовым воздействием
механизмов;

—
нагревать трубу вне зоны непосредственного
монтажа захлесточного стыка.

5.2.8.
При выполнении захлеста в условиях
свободного перемещения трубопровода
(рис. 5.2.2, схема а) работы необходимо
проводить в следующей последовательности:

—
один из концов трубопровода заранее
подготовить под сварку и уложить на
опоры высотой 50-60 см по оси трубопровода;

—
плеть, образующую другой участок
трубопровода, вывешивать рядом с первой
и производить разметку места реза только
с помощью унифицированного шаблона;

—
произвести резку и формирующую разделку
с помощью унифицированной кромкорезательной
машины;

—
в процессе стыковки осуществить подъем
обрезанной плети трубоукладчиками на
высоту не более 1 м на расстоянии 60-80 м
от конца; упругое провисание обрезанного
торца позволяет совместить один торец
с другим;

—
не допускается стропить трубу для
подъема в местах расположения кольцевых
сварных швов.

5.2.9.
При выполнении захлеста в условиях
защемления концов трубопровода (рис.
5.2.2, схема б) работы необходимо проводить
в следующей последовательности:

—
концы соединяемых труб обрезать и
подготовить под сварку в соответствии
с общими требованиями п. 4.2.8;

—
изготовить катушку из трубы с той же
фактической толщиной стенки, того же
диаметра и того же прочностного класса,
что и соединяемые трубы; ширина катушки
должна быть не менее диаметра соединяемой
трубы; равенство толщин стенок катушки
и соединяемой трубы должны регистрироваться
с помощью УЗК-толщиномера;

—
с помощью трубоукладчика пристыковывают
катушку к трубопроводу, выставляют
требуемый зазор (см. п. 2.4.4) и производят
сварку;

—
сборку второго стыка начинают производить
по окончании сварки первого стыка.

5.2.10.
Перерывы в процессе сварки захлестов
недопустимы: захлест должен быть сварен
за один прием — от начала до конца.

5.2.11.
Смещение кромок в потолочной части от
«5 часов» до «7 часов» должно
быть не более 1 мм, на остальной части
периметра, согласно общей регламентации,
не более 3 мм.

5.2.12.
Величина зазора, измеряемая после
выполнения прихваток, должна составлять
2,5±0,5 мм независимо от толщины стенки
трубы. Если в процессе сборки не удалось
выдержать минимально допустимый зазор
(фактический зазор оказался меньше 2
мм), этот участок должен быть пропилен
абразивным кругом толщиной 2,5 мм.

1. Сварка встык разнотолщинных элементов

5.1.1.
При непосредственной сварке (без
переходников и трубчатых вставок
промежуточной толщины) соединений,
разность толщин которых превышает
требования п. 2.4.1 настоящей Инструкции,
предварительно должна быть выполнена
специальная подготовка кромок изнутри
и (или) снаружи более толстостенного
элемента с толщиной стенки tдо толщины свариваемого торца t,
которая не должна превышать 1,5 толщины
менее толстостенного элемента t(см. рис. 5 СП).

В
результате условием непосредственного
соединения является величина «новой»
толщины t.
При этом t t.

По
величине tопределяются такие технологические
параметры, как необходимость и величина:

—
местной послесварочной термической
обработки (см. раздел 6).

В
случае отсутствия специальных требований
завода-изготовителя температура
подогрева должна быть при толщине торца
крана или фиттинга:

5.1.2.
Стыки сварных соединений по п. 5.1.1 должны
быть подварены изнутри по всему периметру
с обеспечением геометрических параметров,
регламентированных п. 2.6.10.4.

5.1.3.
Сварка разнотолщинных элементов должна
проводиться за один прием без перерыва.

5.1.4.
Если «юбка» арматуры не имеет
заводского приварного патрубка,
соответствующего размерам и марке стали
свариваемой трубы, а ее состав отличается
от химического состава свариваемой
трубы в сторону большего легирования
(никелем, алюминием, хромом, содержанием
марганца более 2% и т.д.), то в этом случае
требуется выбор специальных материалов
и специальной технологии по рекомендации
Заказчика.

В
данном случае условия сварки оформляются
актом, где указываются:

—
марка стали, химический состав «юбки»
и ее прочностные свойства;

—
толщина tсвариваемого торца;

—
условия предварительного подогрева и
(при необходимости) послесварочной
термообработки;

—
схема последовательности заполнения
разделки;

—
заключения радиографического (и
ультразвукового) контроля.

Пример
технологической карты на сварку
соединительных деталей приведен в прил.
6.

Зачем использовать предварительный нагрев

Ниже приведены основные причины использования предварительного нагрева в процедуре сварки.

1. Термическая обработка сварных конструкций устраняет влажность поверхности, а, следовательно, способствует уменьшению растрескивания.
2. Она улучшает последующее расплавление и осаждение металла шва.
3. Это снижает развитие напряжений, способствуя равномерному расширению и сжатию между сварным швом и основным металлом.
4. Одной из основных задач предварительного нагрева является замедление скорости охлаждения, обеспечивающей равномерное затвердевание шва. Таким образом микроструктура металла будет иметь качественные механические свойства.

Исходя из соображений применения, термическая обработка сварных конструкций может определятся различными способами.

• Предварительный подогрев — минимальная температура сварного шва задается сразу перед началом сварки. В спецификации процесса сварки (WPS) он может быть указан в определенном диапазоне.
• Подогрев между проходами – в многопроходной сварке перед началом следующего прохода требуется максимальная температура. Нагрев в таком случае не может быть ниже, чем минимальное значение предварительной термической обработки.
• Поддерживание сварочной температуры — минимальная температура сварочной зоны, которая должна поддерживаться на протяжении всего процесса сварки. При прерывании работ температура зоны сварного шва не должна понижаться.

Где применяется термическая обработка сварных конструкций?

Как правило, предварительный подогрев применяется на основном металле на определенном расстоянии от шва. Давайте предположим, что А — это определенная часть углового шва, тогда в таком случае возникают две проблемы при расчете расстояния для применения предварительного нагрева.

1. Если толщина основного металла меньше или равна 50 мм, то значение А не должно превышать 50 мм от шва.
2. Если толщина основного металла превышает 50 мм, то А обязано быть менее 75 мм от шва (инструкция по выдаче сертификатов персоналу, проверяющему качество сварки: CSWIP 23,4).

Температуры предварительного нагрева

У многих возникнет вопрос: до каких температурных значений нагревать металл? Ответить на данный вопрос поможет рекомендуемая температура нагрева стальных металлических конструкций перед сваркой. В таблице ниже она отображается относительно к толщине и составу разных сталей.

Оборудование

Сегодня на рынке разработано несколько видов оборудования, которые используются в некоторых коммерческих отраслях с целью индикации температуры предварительного нагрева, ее измерения и контроля. Ниже перечислены основные температурные датчики и измерительные приборы, которые применяются для этого.

Контактный термометр — используется для точного измерения температуры до 350 градусов по Цельсию. Он состоит из устройства измерения температуры, известного как «термистор», его сопротивление значительно снижается при нагревании, а значит обратно пропорционально температуре. Однако, чтобы получить точные результаты возникает необходимость «периодической калибровки», что является минусом этого оборудования.

Термокарандаш и термопаста — состоят из материала, который плавится или меняет свой цвет при нагревании в зависимости от температуры. Они доступные, предлагаются по низкой цене и просты в использовании. Их слабая сторона — они не дают точных измерений.

Термопара — работает по принципу измерения термоэлектрической разности потенциалов между горячим металлом сварного шва и свариваемым металлом для вычисления температуры. Применяется во время сварки, после нее и для термической обработки с целью постоянного мониторинга и контроля температуры нагрева и охлаждения. Оборудование дает точные измерения в широком диапазоне температур, но у него есть необходимость периодической калибровки. Это является весомой проблемой.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Предварительный подогрев — стык

Любому продолжению сварки после вынужденного перерыва должен предшествовать предварительный подогрев стыка горелкой до 100 С. При вынужденных перерывах и по окончании сварки пламя горелки отводят от расплавленного металла постепенно. [31]

При производстве сварочных работ место сварки должно быть защищено от ветра, сквозняков и атмосферных осадков. Сварку трубопроводов допускается производить при температуре до — 30 С без предварительного подогрева стыков , причем при температуре ниже — 20 С сварку следует выполнять по специальной технологии, утвержденной монтажной организацией, выполняющей сварочные работы. [32]

При производстве сварочных работ место сварки должно быть защищено от ветра, сквозняков и атмосферных осадков. Сварку трубопроводов допускается производить при температуре до — 30 С без предварительного подогрева стыков , причем при температуре ниже — 20 С сварку следует выполнять по специальной технологии, утвержденной монтажной организацией, выпольяющей сварочные работы. [33]

Сефериана [96] как наиболее эффективный технологический прием для предотвращения кристаллизационных трещин и повышения пластичности сварного соединения рекомендуется предварительный подогрев стыков. Пункт 4.22 СниП III Г-66 регламентирует технологию сварочных работ при температурах ниже — 30 С только с предварительным подогревом стыка и прилегающей к нему зоны шириной 200 — 250 мм до температуры 150 — 200 С. Между тем назначение предварительного подогрева для всех без исключения марок сталей и типов конструкций может привести к неоправданному увеличению технологического цикла, а в некоторых случаях — к снижению хладостойкости соединения. [34]

Зкп, выполненных вручную электродами УОНИ 13 / 55 и автоматической сваркой проволокой Св — 10Г2 под флюсом АН-348А в условиях низких температур, показало, что предварительный подогрев стыков на 150 — 200 С не дает положительного эффекта, в ряде случаев снижая хлодостойкость соединения. [36]

Перемещать внутренний центратор разрешается только после сварки корневого слоя шва. Внутренняя подварка стыков должна осуществляться в соответствии с ВСН 006 — 89 только на участках стыка с непроваром протяженностью более 15 мм. Предварительный подогрев стыков при сварке корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием требуется независимо от температуры окружающего воздуха до 100 С. [37]

Особое внимание при сварке необходимо уделять сушке электродов, так как влага из покрытий служит основным источником образования водорода. Хорошо растворяясь в аустенитаом металле сварного шва, водород слабо диффундирует в околошовную зону, из-за чего металл шва оказывается пластичным, а околошовная зона — хрупкой и в ней появляются микротрещины. При этом предварительный подогрев стыков перед сваркой бесполезен. [38]

Сварку труб при температурах окружающего воздуха ниже — 20 С выполняют по специальной технологической инструкции, разработанной организацией, выполняющей сварочные работы. Если же температура ниже — 30 С, то применяют предварительный подогрев стыка и прилегающей к нему зоны шириной 200 — 250 мм до 150 — 200 С. [39]

В книге изложены специфические вопросы сварки магистральных трубопроводов, сооружаемых из труб диаметром до 1420 мм на давления до 75 кгс / см2, изготовляемых из сталей различных марок. Приведена классификация труб и характеристика современных сталей с точки зрения особенностей их производства и применения. Описаны металлургические особенности сварки, технологическая прочность сварных соединений при отрицательных температурах, даны рекомендации по выбору режима предварительного подогрева стыков для улучшения свариваемости стали. Приведены данные по сварочным материалам, применяемым в строительстве трубопроводов. Рассмотрены технологические особенности, режимы сварки и свойства сварных соединений при ручной дуговой сварке, автоматической сварке под флюсом поворотных стыков труб на трубосварочных базах, автоматической сварке неповоротных стыков в среде защитного газа и порошковой проволокой. Приведены данные об оборудовании и организации работ при этих методах сварки. Описаны тенденции и направления дальнейшего развития сварки трубопроводов. [40]

Важнейшим условием получения высококачественного сварного шва является непрерывность сварочного процесса. Продолжительность перерывов на смену электрода не должна превышать нескольких секунд. В случае вынужденных перерывов процесса сварки стык бракуется и подлежит переварке. В отдельных исключительных случаях допускается доварка стыка после вынужденного перерыва, одяа — ко при условии тщательной очистки поверхности шва от шлака и предварительного подогрева стыка до 1 100 — 1 300 С пламенем газовой горелки. Доварка стыков поручается наиболее опытным сварщикам. [41]

Предварительный подогрев сварных соединений труб

Main Menu

Предварительный, сопутствующий и последующий подогрев в сварочном производстве

В современном производстве широко распространено использование сталей со специальными свойствами. Применение данных материалов позволяет получить изделия с высокими прочностными свойствами, коррозионной и химической стойкостью, способных работать в условиях критических температур и дающих дополнительные возможности по снижению веса и общей стоимости конечных изделий.

Тем не менее использование специальных материалов требует применения особых технологий во время выполнения процессов вырезки заготовок и проведения сварочных операций.

Технология подогрева

Эффективным методом предотвращения образования возможных дефектов, таких как появление горячих и холодных трещин, изменение свойств материала в зоне термического влияния является применение предварительного, сопутствующего и последующего подогрева при выполнении сварочных операций и других технологических операций. При резке данных материалов обычно применяется предварительный подогрев, при сварке применяется предварительный, а также сопутствующий и последующий подогрев.

Подогрев может также применяться при обработке других материалов (например, алюминия), особенно при большой толщине материала. При резке сталей применение подогрева позволяет разрезать металл большой толщины с лучшим качеством и более высокой скоростью.

Температура и зона необходимого прогрева зависит от типа материала, его толщины и последующего процесса обработки. При этом важно выдерживать технологически заданную температуру непосредственно в процессе сварки и резки материала. Подогрев должен быть обеспечен равномерно по всей толщине материала на всю зону термического влияния.

В зависимости от возможностей производства, применяемых материалов, размеров изделий и последующего процесса обработки применяются различные варианты нагрева, такие как:

— нагрев в печи с последующим перемещением заготовок на сварочно-сборочные стенды;

— нагрев заготовки газовым пламенем с последующим выполнением сварочных и резательных операций;

— локальный нагрев газовыми горелками, технологически совмещенный с процессом сварки/резки,

— нагрев электрическими матами;

— индуктивный нагрев заготовки.

В конечном счете эффективность применения подогрева зависит от точности, равномерности и управляемости процессом распределения температуры по всей толщине материала в требуемой зоне термического влияния, а также скорости выполнения нагрева.

Подогрев газовым пламенем

Локальный нагрев газовыми горелками, технологически совмещенный с процессом сварки/резки, является наиболее универсальным методом, требует минимальных вложений в оборудование. Данный процесс также является экономически выгодным за счет минимального остывания заготовки перед процессом обработки и прогрева только технологически необходимых зон термического влияния без дополнительных затрат на нагрев всей конструкции.

Выделяемая горелками энергия и ее концентрация в пламени должны соответствовать задаче подогрева. Количество данной энергии определяется применяемыми газами, размером и конструкцией сопел.

Для горелок локального нагрева могут применяться различные газы: горючие — ацетилен, пропан или природный газ; окисляющие — воздух из окружающей среды без наддува, сжатый воздух или кислород.

Горючие газы имеют очень большое влияние на скорость подогрева, возможность автоматизации процесса и конечное качество обработки. Медленногорючие газы (такие как пропан и природный газ) отличаются длинным факелом пламени с широким рассеиванием тепла.

Применение в качестве окислителя воздуха их окружающей среды без наддува приводит к низко контролируемому процессу нагрева и в конечном счете – к неэффективному использованию сжигаемых газов и дополнительным расходам.

При этом важен как правильный выбор горючего газа и окислителя, так и правильное расположение горелок относительно нагреваемого материала для обеспечения передачи всей энергии пламени в обрабатываемый материал.

Слишком большой поток газа при малом расстоянии горелки от подогреваемой поверхности приводит к тому, что пламя будет нагревать не только деталь, но также и саму систему горелок. То же происходит при применении горючего газа с низкой скоростью горения (пропан или природный газ) за счет того, что факел пламени отражается от нагреваемой поверхности и догорает в области горелок. В конечном счете тратится избыточное количество энергии и происходит перегрев горелок и более быстрый выход их из строя. Пламя на основе комбинации ацетилена и сжатого воздуха дает максимальную энергию за счет высокой температуры горения ацетилена и может быть хорошо скорректированным и контролируемым. Горелки на данной смеси газов за счет высокой скорости горения ацетилена и, как следствие, высокой концентрации энергии пламени являются наиболее эффективными по производительности, долговечности и экономичности.

Комплексное решение компании Линде Газ LINDOFLAMM® системы предварительного, сопутствующего и последующего подогрева на базе высокопроизводительных горелок с ацетилен/воздушным пламенем включают системы хранения и подачи технологических газов и системы контроля с различной степенью автоматизации процесса, а также комплексное обеспечение техническими газами.

Степень автоматизации систем подогрева определяется заказчиком и может включать от ручных систем управления регулирования пламени до автоматических систем управления процессом с обратной связью оперативного контроля температуры, включая регистрацию температуры заготовки в процессе обработки и интеграцию системы управления подогревом в автоматический процесс управления производством.

Примеры систем предварительного подогрева

1. Предварительный подогрев балки, совмещенный с процессом сварки под флюсом

Размер конструкции 1200×800мм, длина 22000мм, толщина 65мм.

Температура предварительного подогрева 120-150 ° C.

Скорость сварки 400-500 мм/мин.

Система LINDOFLAMM® с линейными горелками ацетилен/ сжатый воздух, совмещенная со сваркой под флюсом.

Результат: применение горелок LINDOFLAMM® позволило совместить процесс предварительного подогрева с процессом сварки.

2. Предварительный подогрев зоны сварки карданного вала

Диаметр вала 219 мм, толщина стенки вала 15 мм. Минимальная длина вала 1 105 мм, масса (вес) вала 300 кг. Комбинация материалов (С 45 до S 355 или 42CrMo4). Температура предварительного подогрева 250 до 350 ° C. Сварка в среде защитных газов.

Ранее применяемая система подогрева пропан/сжатый воздух была заменена системой LINDOFLAMM® с 10-сопельными горелками ацетилен/сжатый воздух.

Результат: применение горелок LINDOFLAMM® позволило сократить время подогрева с 30 до 10 минут и повысило экономическую эффективность процесса. Кроме того, применение высококонцентрированного пламени локального нагрева снизило избыточный нагрев вала вне ЗТВ и повысило его прочностные свойства.

3. Подогрев при сварке химического резервуара

Диаметр резервуара d = 2900мм. Толщина стенки — 43мм Температура подогрева предварительного подогрева 150° C.

В дополнение к точному соблюдению температуры подогрева важное значение для обеспечения качественного сварного соединения необходимо предотвращение наличия влаги в зоне сварочной ванны.

Ранее применяемая технология подогрева на базе пропан/воздушных горелок без наддува в связи с их низкой интенсивностью была заменена системой LINDOFLAMM® с горелками ацетилен/сжатый воздух.

Результат: применение системы подогрева LINDOFLAMM® с горелками ацетилен/сжатый воздух позволило снизить общие затраты на подогрев на 32,4% и полностью избежать возникновения сварочных дефектов за счет значительного снижения выделения влаги из пламени в зоне подогрева.

Предварительный нагрев в сварке и что не стоит забывать

Явление нагрева сварного шва в околошовной зоне перед началом процедуры сварки известно под названием предварительный нагрев. В основном он применяется для печей, резистивных нагревательных элементов, горелок и высокочастотных нагревательных элементов. Процедура помогает устранить риск появления холодных трещин на металле и препятствует чрезмерному повышению твердости.

Зачем использовать предварительный нагрев?

Ниже приведены основные причины использования предварительного нагрева в процедуре сварки.

1. Термическая обработка сварных конструкций устраняет влажность поверхности, а, следовательно, способствует уменьшению растрескивания.
2. Она улучшает последующее расплавление и осаждение металла шва.
3. Это снижает развитие напряжений, способствуя равномерному расширению и сжатию между сварным швом и основным металлом.
4. Одной из основных задач предварительного нагрева является замедление скорости охлаждения, обеспечивающей равномерное затвердевание шва. Таким образом микроструктура металла будет иметь качественные механические свойства.

Исходя из соображений применения, термическая обработка сварных конструкций может определятся различными способами.

• Предварительный подогрев — минимальная температура сварного шва задается сразу перед началом сварки. В спецификации процесса сварки (WPS) он может быть указан в определенном диапазоне.
• Подогрев между проходами – в многопроходной сварке перед началом следующего прохода требуется максимальная температура. Нагрев в таком случае не может быть ниже, чем минимальное значение предварительной термической обработки.
• Поддерживание сварочной температуры — минимальная температура сварочной зоны, которая должна поддерживаться на протяжении всего процесса сварки. При прерывании работ температура зоны сварного шва не должна понижаться.

Где применяется термическая обработка сварных конструкций?

Как правило, предварительный подогрев применяется на основном металле на определенном расстоянии от шва. Давайте предположим, что А — это определенная часть углового шва, тогда в таком случае возникают две проблемы при расчете расстояния для применения предварительного нагрева.

1. Если толщина основного металла меньше или равна 50 мм, то значение А не должно превышать 50 мм от шва.
2. Если толщина основного металла превышает 50 мм, то А обязано быть менее 75 мм от шва (инструкция по выдаче сертификатов персоналу, проверяющему качество сварки: CSWIP 23,4).

Температуры предварительного нагрева

У многих возникнет вопрос: до каких температурных значений нагревать металл? Ответить на данный вопрос поможет рекомендуемая температура нагрева стальных металлических конструкций перед сваркой. В таблице ниже она отображается относительно к толщине и составу разных сталей.

Оборудование

Сегодня на рынке разработано несколько видов оборудования, которые используются в некоторых коммерческих отраслях с целью индикации температуры предварительного нагрева, ее измерения и контроля. Ниже перечислены основные температурные датчики и измерительные приборы, которые применяются для этого.

Контактный термометр — используется для точного измерения температуры до 350 градусов по Цельсию. Он состоит из устройства измерения температуры, известного как «термистор», его сопротивление значительно снижается при нагревании, а значит обратно пропорционально температуре. Однако, чтобы получить точные результаты возникает необходимость «периодической калибровки», что является минусом этого оборудования.

Термокарандаш и термопаста — состоят из материала, который плавится или меняет свой цвет при нагревании в зависимости от температуры. Они доступные, предлагаются по низкой цене и просты в использовании. Их слабая сторона — они не дают точных измерений.

Термопара — работает по принципу измерения термоэлектрической разности потенциалов между горячим металлом сварного шва и свариваемым металлом для вычисления температуры. Применяется во время сварки, после нее и для термической обработки с целью постоянного мониторинга и контроля температуры нагрева и охлаждения. Оборудование дает точные измерения в широком диапазоне температур, но у него есть необходимость периодической калибровки. Это является весомой проблемой.